NodeMCU LoLin V3 ESP-12E -...

http://elektronika.5v.pl NodeMCU WiFi Data Logger (2017-04-20) 1

NodeMCU WiFi Data Logger http://pvmonitor.pl

NodeMCU LoLin V3 ESP-12E

Co to jest data logger? Data logger jest urządzeniem zbierającym dane i zapisującym je lokalnie (np. na karcie pamięci) lub wysyłającym je na zewnętrzny serwer (np. http://pvmonitor.pl) Co umożliwia NodeMCU WiFi Data Logger?

zliczanie impulsów pochodzących z zewnętrznych liczników energii elektrycznej (pomiar produkcji i zużycia energii w kWh),

podłączenie do 6 liczników energii jednocześnie (3 liczniki produkcji i 3 liczniki zużycia), wysyłanie danych o produkcji/zużyciu energii na serwer http://pvmonitor.pl po zmianie w programie realizację innych funkcji (np.: pomiar napięcia, prądu, temperatury),

Dlaczego NodeMCU?

wbudowany moduł WiFi ESP8266 wraz z anteną PCB 2,4GHz (łączność bezprzewodowa bez konieczności prowadzenia sieci LAN),

wbudowany zasilacz 3,3V dla układu WiFi (możliwość bezpośredniego zasilania z portu USB komputera lub np. za pomocą typowej taniej ładowarki do smartfona ze złączem micro USB),

wbudowana przejściówka USB<->COM (możliwość programowania układu ESP8266 i podmiany firmware),

wyprowadzone piny GPIO układu ESP8266 (możliwość podłączenia urządzeń peryferyjnych, np.: licznik energii z wyjściem impulsowym, przetwornik ADC na magistrali I2C do pomiaru napięcia i prądu DC, wyświetlacz LCD lub OLED na magistrali I2C, czujników temperatury 1wire, itp.),

programowanie z poziomu bezpłatnego i łatwego w użyciu środowiska Arduino IDE bardzo dobry stosunek możliwości do ceny (koszt modułu nie przekracza kilkudziesięciu

złotych), niewielkie wymiary modułu,

2 NodeMCU WiFi Data Logger (2016-06-28) http://elektronika.5v.pl

Kilka słów o układzie WiFi ESP8266

ESP8266 to bardzo tani układ WiFi 2,4GHz IEEE 802.11 b/g/n chińskiej firmy Espressif. Posiada na pokładzie m.in. wbudowany stos TCP/IP, procesor 32 bitowy z pamięcią RAM oraz 10 bitowy przetwornik ADC. Umożliwia obsługę innych układów poprzez popularne protokoły transmisji SPI, I2C, I2S. Producent wprowadził na rynek wiele różnorodnych modułów opartych o ESP8266, różniących się wielkością i wyposażeniem. Schemat wszystkich wejść/wyjść modułu NodeMCU.


Wejścia modułu NodeMCU wykorzystywane do zliczania impulsów z liczników: produkcja energii (3 szt.): D1, D2, D3 zużycie energii (3 szt.): D5, D6, D7

Przygotowany program data loggera pozwala na zliczanie impulsów jednocześnie nawet z sześciu liczników energii. Należy wykorzystać liczniki z wyjściem impulsowym 1000 imp./kWh. Zastosowanie innego typu licznika wymaga odpowiedniej zmiany w programie urządzenia. Co będzie potrzebne do zbudowania podstawowej wersji NodeMCU WiFi Data Loggera?

moduł NodeMCU lub jego klon np. LoLin V3, elementy elektroniczne, w zależności od potrzeb i zaawansowania użytkownika:

a) 2 transoptory (np. EL817), 2 rezystory 0,25W (wartość rezystancji wg schematu zamieszczonego poniżej), 2 rezystory 0,25W 4k7, złącze typu goldpin 2,54mm do połączenia z modułem, złącza ARK do podłączenia przewodów, kawałek uniwersalnej płytki drukowanej,

b) lub wykonana gotowa podstawka dla modułu NodeMCU Lolin V3, umożliwiająca montaż układu w obudowie na szynę DIN (szczegóły w dalszej części tekstu)

kabel micro-USB typu B / USB typu A, komputer z portem USB typu A (na potrzeby programowania układu), 2 liczniki energii elektrycznej AC z wyjściem 1000 impulsów/1kWh (jeżeli chcemy

monitorować tylko samą produkcję energii wystarczy jeden licznik), np. ORNO OR-WE-501 Opcja minimum - schemat układu wejść pomiarowych do zliczania impulsów Aby bezpiecznie i precyzyjnie zliczać impulsy pochodzące z zewnętrznego licznika energii należy na fragmencie uniwersalnej płytki drukowanej wykonać prosty układ według poniższego schematu. Przedstawiony układ pozwala precyzyjnie zliczać impulsy o czasie trwania nawet poniżej 1ms. Zastosowanie transoptorów zabezpiecza wejścia modułu przed uszkodzeniem wskutek ewentualnego przekroczenia dopuszczalnej wartości napięcia wejściowego, oraz izoluje galwanicznie licznik od data loggera. Układ ze schematu należy zastosować na każdym z wejść impulsowych, do których planujemy podłączenie zewnętrznego licznika energii.


Wartość rezystora R1 ograniczającego prąd diody LED transoptora należy dobrać na podstawie wartości napięcia wyjścia impulsowego danego licznika energii. Dla napięcia impulsu o wartości 5V wartość rezystora powinna wynosić około 390R (12V -> 1k, 20V -> 2k2, 30V -> 3k3). UWAGA: Powyższe typowe wartości rezystora R1 obliczono przy założeniu, że podczas trwania impulsu przez diodę LED transoptora płynie prąd około 10mA. Można zastosować nieco inne wartości rezystora dla danego napięcia, jednak różnica nie powinna przekraczać ±20%. Zastosowanie innych wartości rezystora może powodować błędne zliczanie impulsów lub uszkodzić diodę transoptora. Gotowa podstawka dla modułu NodeMCU LoLin V3

Przedstawiony projekt PCB pozwala umieścić NodeMCU WiFi Data Logger w typowej obudowie na szynę DIN.

Z powodu konieczności zasilania modułu NodeMCU bezpośrednio z zacisków na płytce PCB podstawka posiada tylko 5 niezależnych wejść impulsowych do zliczania impulsów pochodzących z liczników energii: IMP1 – D1 (produkcja energii), IMP2 – D2 (produkcja energii), IMP4 – D6 (zużycie energii), IMP5 – D7 (zużycie energii), IMP3 – wejście konfigurowalne za pomocą zworki IMP3_SET – można ustawić jako D3 (produkcja energii) lub D5 (zużycie energii). UWAGA: Zalecane napięcie zasilania układu, przyłączone do zacisków ZAS: 5V-6V/500mA DC. Zbyt wysokie napięcie zasilania może spowodować uszkodzenie stabilizatora 3V3 wbudowanego w moduł NodeMCU.


Jakie możliwości oferuje udostępniony program? 1) Konfiguracja ustawień urządzenia z poziomu środowiska Arduino IDE przed kompilacją

programu. 2) Komunikacja z użytkownikiem poprzez port RS232 z poziomu Arduino IDE lub z użyciem

zewnętrznego programu typu terminal (np. PuTTY). Data logger podczas pracy przesyła do terminala najważniejsze informacje.

3) Wyszukiwanie dostępnych sieci WiFi (domyślnie wyłączone z kompilacji). Podczas instalacji urządzenia w układzie docelowym funkcja ta pozwala podejrzeć w terminalu, jakie sieci WiFi są widziane przez układ ESP8266 i jaka w danym miejscu jest siła ich sygnału (RSSI). Podczas normalnej pracy data loggera zalecam wyłączyć tę funkcję, gdyż jej wykonanie zajmuje sporo czasu mikroprocesora i o kilka sekund wydłuża interwał pomiędzy wysyłaniem danych na serwer.

4) Automatyczne podłączanie do ustawionej sieci WiFi. Bieżąca kontrola połączenia z siecią i automatyczne wznawianie utraconego połączenia. Wbudowana dioda LED sygnalizuje status podłączenia do sieci WiFi (LED wł. = podłączony, LED wył. = niepodłączony).

5) Cykliczne wysyłanie wybranych danych na serwer http://pvmonitor.pl (co około 60s). Funkcja weryfikuje skuteczność przesłania danych poprzez analizę odpowiedzi serwera. W przypadku braku potwierdzenia odbioru przez serwer, transmisja danych jest automatycznie powtarzana (dodatkowe 2 próby). Wysyłanie danych jest sygnalizowane błyskiem wbudowanej diody LED.

Jak wykonać własny data logger?

1) a) W zależności od ilości wykorzystywanych liczników energii, wykonujemy odpowiednią ilość układów wejść pomiarowych na podstawie zamieszczonego wcześniej schematu. Układy można zlutować na kawałku uniwersalnej płytki drukowanej, lub na tzw. pająka, ale nie polecam tej drugiej opcji (ze względu na ryzyko wystąpienia przypadkowych zwarć). b) lub wykonujemy gotową podstawkę dla modułu NodeMCU według projektu PCB.

2) Pobieramy i instalujemy środowisko Arduino IDE ze strony https://www.arduino.cc/en/Main/Software

3) Otwieramy Arduino IDE, pobieramy i instalujemy pakiet dla płytek NodeMCU: otwieramy Plik -> Preferencje w zakładce Ustawienia w polu Dodatkowe adresy URL do menedżera płytek wklejamy następujący

link: http://arduino.esp8266.com/staging/package_esp8266com_index.json i potwierdzamy klawiszem OK

otwieramy Narzędzia -> Płytka: " " -> Menedżer płytek… w pole wyszukiwania wpisujemy esp8266 i instalujemy pakiet esp8266 by ESP8266 Community restartujemy Arduino IDE

4) Pobieramy i instalujemy sterowniki do wbudowanej przejściówki USB<->COM.

W przypadku, gdy naszym modułem jest NodeMCU LoLin V3 instalujemy sterowniki do układu CH340/CH341.

5) Podłączamy do komputera moduł NodeMCU i sprawdzamy w systemie (Menedżer urządzeń) nr portu COM pod jakim jest dostępny nasz moduł, np. USB-SERIAL CH340 (COM12)

6) Pobieramy spakowany folder projektu NodeMCU WiFi Data Logger ze strony http://elektronika.5v.pl/e/datalogger/nodemcu_wifi_datalogger.zip, zapisujemy lokalnie na komputerze i rozpakowujemy, np. darmowym programem 7-Zip.


7) Otwieramy plik projektu nodemcu_wifi_datalogger.ino w programie Arduino IDE. 8) Z menu górnego programu Arduino IDE otwieramy Narzędzia i ustawiamy parametry pracy

naszego modułu NodeMCU oraz numer portu COM, pod którym nasz moduł jest dostępny: Płytka: "NodeMCU 1.0 (ESP-12E Module)" CPU Frequency: "80MHz" Flash Size: "4M (3M SPIFFS)" Upload Speed: "115200" Port: "COM12"

9) Konfigurujemy odpowiednio ustawienia data loggera w nagłówku programu **: pogrubioną czcionką oznaczono pozycje, które można zmieniać objaśnienia do poszczególnych pozycji są podane w komentarzach po znakach //

//parametry ustawiane przez użytkownika //################################################################################################ #define mySSID "NASZEWIFI" //nazwa domowej sieci WiFi #define myPASS "naszehaslo" //hasło do domowej sieci WiFi (jeżeli sieć jest niezabezpieczona - "") #define pvSERV "pvmonitor.pl" //adres serwera na który wysyłamy dane, np. pvmonitor.pl lub 37.187.66.191 #define pvID "XXX" //nazwa użytkownika - konto w serwisie http://pvmonitor.pl #define pvPASS "xxxyyyzzz" //hasło do konta w serwisie http://pvmonitor.pl #define WYSYLAJ_PRODUKCJE 1 //0 = pomiń, 1 = wysyłaj wartość produkcji energii na serwer #define WYSYLAJ_ZUZYCIE 1 //0 = pomiń, 1 = wysyłaj wartość zużycia energii na serwer #define WYSWIETL_SIECI 0 //0 = wyłącz, 1 = wyszukaj i wyświetl dostępne sieci WiFi (akcja wywoływana co 1 minutę) #define wifiSTATIC 0 //0 = pozyskaj adres IP automatycznie z DHCP routera, 1 = ustaw stałe IP IPAddress wifiIP(192, 168, 0, 44); //stały adres IP IPAddress wifiMASK(255, 255, 255, 0); //maska podsieci IPAddress wifiGATE(192, 168, 0, 1); //brama domyślna IPAddress wifiDNS(192, 168, 0, 1); //adres serwera DNS (routera) //################################################################################################ **UWAGA: Jeżeli licznik(i) produkcji energii znajdują się w innym miejscu niż licznik(i) zużycia energii, można zastosować dwa moduły NodeMCU i po odpowiednim skonfigurowaniu parametrów WYSYLAJ_PRODUKCJE oraz WYSYLAJ_ZUZYCIE, z jednego modułu wysyłać samą produkcję, a z drugiego samo zużycie.

10) Weryfikujemy poprawność programu klikając na przycisk . 11) Jeżeli weryfikacja przebiegła pomyślnie, wgrywamy program do modułu NodeMCU

z poziomu Arduino IDE przyciskiem . 12) Otwieramy Monitor szeregowy i obserwujemy wyświetlane komunikaty:

NodeMCU WiFi Data Logger - http://pvmonitor.pl Created by Lukasz Janikowski http://elektronika.5v.pl Connecting to NASZEWIFI......... Connected - IP: 192.168.0.44 RSSI: -56 dBm Sending data... OK P: 0,008 kWh / U: 0,012 kWh Date: Mon, 09 May 2016 17:29:08 GMT Sending data... OK P: 0,017 kWh / U: 0,023 kWh Date: Mon, 09 May 2016 17:30:08 GMT Sending data... OK P: 0,025 kWh / U: 0,034 kWh Date: Mon, 09 May 2016 17:31:08 GMT

13) Jeżeli wszystko wykonaliśmy poprawnie i komunikaty wyglądają podobnie, jak w powyższej ramce, możemy już się cieszyć własnym data loggerem.

14) Jeżeli coś nie działa – szukamy błędu sprawdzając wszystko jeszcze raz.


Dodatkowe opcje… Osoby mające odwagę i nieco doświadczenia w programowaniu mikrokontrolerów w Arduino lub języku C/C++ mogą pokusić się o modyfikację programu urządzenia według własnych potrzeb. Przy odrobinie chęci można m.in.:

skorzystać z wbudowanego przetwornika ADC i mierzyć np. napięcie ogniw PV (wymagany zewnętrzny dzielnik napięcia), napięcie z czujnika temperatury LM35 (napięcie przeliczamy na temperaturę),

skorzystać z dodatkowych zewnętrznych przetworników ADC na magistralę I2C, np. gotowy moduł ADS1115 (możliwy 16-bitowy pomiar napięcia ogniw PV, pomiar prądu z wykorzystaniem zewnętrznego bocznika pomiarowego, pomiar temperatury za pomocą czujników LM35),

mierzyć temperaturę wykorzystując cyfrowe czujniki DS18B20, wyświetlać parametry na wyświetlaczach LCD/OLED podłączonych na magistrali I2C, stworzyć własny mini serwer HTTP, umożliwiający np. zmianę ustawień lub podgląd

parametrów poprzez przeglądarkę internetową, programować układ przez WiFi bez fizycznego podłączenia z komputerem (OTA), wykorzystać inne gotowe moduły czujników lub układy stworzone dla Arduino.

Jak widać możliwości rozbudowy jest bardzo dużo. Podsumowanie Przedstawiony data logger był testowany w różnych konfiguracjach, przy różnych czasach trwania impulsów pomiarowych, różnych konfiguracjach sieci WiFi (m.in. różne zabezpieczenia, adres IP z DHCP, stały adres IP, połączenie internetowe przez łącze szerokopasmowe, łącze GSM), różne odległości modułu od routerów, praca kilkudniowa bez przerwy… i działał prawidłowo. Nie mogę jednak zagwarantować 100% poprawności działania w każdym możliwym przypadku. Ewentualne resetowanie układu wykonujemy przyciskiem RST obok złącza USB modułu NodeMCU. Moduł po zaprogramowaniu nie wymaga dodatkowych regulacji i powinien od razu działać. UWAGA: Należy zwrócić uwagę na dostępność i siłę sygnału sieci WiFi w miejscu, w którym ma pracować data logger. Siłę sygnału sieci (RSSI) widzianą przez moduł można sprawdzić korzystając z programu typu terminal (wyświetlana jest po resecie lub po ponownym podłączeniu do sieci WiFi). Im wyższa wartość RSSI, tym lepszy sygnał WiFi (uwaga: wartości RSSI są liczbami ujemnymi). Odpowiednie ustawienie wbudowanej anteny modułu ESP8266, względem anteny routera, może wpływać na jakość połączenia. Nie należy umieszczać modułu w metalowej obudowie oraz zasłaniać wbudowanej anteny PCB. Niniejszy projekt powstał w celu rozwoju amatorskich instalacji OZE. Nie wyrażam zgody na wykorzystanie projektu lub zastosowanie opisanych w tym opracowaniu rozwiązań w celach komercyjnych (zarobkowych). Nie ponoszę odpowiedzialności za skutki nieprawidłowej pracy urządzenia. Próby wykonywania i uruchamiania opisanych elementów i urządzeń podejmujesz na własną odpowiedzialność. Zezwalam na kopiowanie, publikowanie i wytwarzanie na użytek własny, jednakże w przypadku przedruku czy publikacji wymagana jest moja pisemna zgoda. Łukasz Janikowski

NodeMCU LoLin V3 ESP-12E -...

Documents

Transcript of NodeMCU LoLin V3 ESP-12E -...